小型便携电动快速花生采摘器

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  选题背景
  花生是海南农民长年耕种的经济农作物,每年的五六月份是收获花生的季节。一天,我随奶奶一起到花生地里摘花生,我俩摘了1个多小时,也只摘了七八斤重。而这时我的手臂已感到酸麻,手指头也红肿有阵阵痛感了。我看到过有些人不用手摘花生,而是手抓花生植株,猛力往箩筐口边横架着的木棒上摔打,使花生果柄折斷,让花生果掉在箩筐里。这种“摔打法”虽然要比“手摘法”采摘花生快些,但半天用力摔打下来,手臂也很累,而且部分花生果壳会被打裂,花生损坏率较高。
  用什么样的工具采摘花生更好呢?一段时间里我一直思考这个问题。一次我偶然看见农民收割水稻时用稻谷脱粒机脱谷粒,脚踩踏板使转轮快速转动,固定在转轮上的倒U型铁丝可将稻穗上的稻谷刮掉,这给了我极大的启发。我决心设计一款类似这样的机械帮助奶奶和农民伯伯们。
  设计方案
  我设计的小型便携电动快速花生采摘器由小电动机、槽轮、皮带、带转刮器管轮、蓄电池和开关组成。接通电源后,电动机带动大槽轮转动,大槽轮带动长管轮转动,由管轮上的转刮器把花生果采摘下来,可实现自动、快速采摘花生的功能。其设计草图如图1所示。
  作品制作与调试
  制作过程
  框架。用厚8mm的夹板锯出2块40cm×21cm、1块38cm×21cm、1块36cm×21cm、1块35cm×25cm的板子。用这些板子钉成1个高40cm宽21cm的框架。再把两侧夹板上端的中间部分锯掉,形成1个3cm×7cm的槽。在左侧板底部中间锯出1个6cm×5cm的缺口。
  管轮。把直径6cm的塑料管锯成长37cm的一段作为管轮,然后把跟塑料管内径相同的木头塞在里面,目的是为了下一步往上钉铁丝时更加牢固。在管轮两端装上带有圆盘的轴承,把螺丝钉从圆盘的孔中拧进木头。在轴上套入小轴承。
  转刮器。在管轮表面四等分直线上等距钉上6cm长的粗铁丝,每根粗铁丝之间相隔1cm。
  大槽轮。用厚度8mm的夹板锯出1个直径20cm的圆片;用厚度4mm的夹板锯出2个直径22cm的圆片;在4mm厚的2个薄圆片中间放入8mm厚的圆片,把3个圆片的圆心对齐,用小铁钉将3个圆片钉紧做成槽轮。在槽轮的圆心钻一个跟轴一样大的孔,把槽轮套在管轮左侧的轴上,使槽轮紧固在轴上。
  小槽轮。在小电动机的轴上固定1个直径3cm的槽轮,把电动机放在左侧夹扳那里的缺口处,小槽轮伸出外面。
  传送皮带。用扁绒带围绕2个槽轮1周后,从加长6cm的位置剪断,在绒带两端涂上万能胶,再将涂胶的两端贴上压紧,待干后将皮带套在2个槽轮上作为传送皮带。
  落沙网。制作与框架内径相同的夹板框,在框上固定小目铁丝网做落沙网,落沙网安装在框架中间的斜板下面,可以斜向上下移动,用时向外拉出来,不用时推回去。
  连接电路及其他。在底板电动机的另一侧安装直流蓄电池,最后用导线把电池、开关与电动机连接好。把网袋套在框架前面,防止花生落在外面。
  作品调试
  第1次测试。按下开关时电动机转动,但大槽轮却没有动,皮带从电动机的槽轮上脱落。分析原因是因为皮带过长而松弛。改进方法:在靠近皮带的一边安装1个小槽轮,向内移动小槽轮使皮带包紧大槽轮。经过改进,管轮快速转动起来。
  第2次测试。按动开关后电动机带着管轮快速转动,手拿花生植株向前伸使花生果下垂靠近管轮,管轮上的粗铁丝立即扯断花生果柄,花生果便掉入网袋里。摘了几株后我抓起花生果查看,发现有些花生果壳破裂了。裂壳的花生不能长久保存。花生壳为什么会裂?我同教师一起查找原因,发现管轮上的粗铁丝边缘锋利,管轮快速转动时锋利的边缘很容易割破花生壳。改进方法:把每根刮花生的粗铁丝顶端敲弯,使顶端圆溜光滑。
  第3次测试。经过2次改进,测试进行得很顺利,10多分钟时间摘的花生就有6斤左右,而且几乎没有裂壳的花生。
  实地测试
  带着花生采摘器到花生地进行实地使用测试,我一边讲解机器的使用方法,一边操作给农民伯伯看,并不断指导他们使用。实地测试结果证明,花生采摘器能顺利实现自动、快速采摘花生。为了更适合农民使用,我一边邀请农民观看操作,一边让他们亲自操作,并让他们提出改进意见。
  经迂多位农民使用测试后,他们都说这是一款轻便、快速、效率高且便于携带的花生采摘工具。但也有位伯伯指出,收集箱用夹板制作,刮掉的花生碰到木制夹板上会弹到外面去;另外,蓄电池储电量少,不够半天劳作用电等。
  根据农民伯伯提出的意见,我又对作品进行了调整和改进,将花生采摘器前外侧的夹板改为用小铁丝网遮拦。蓄电池改用12V大容量电池,电量至少能支撑1天的劳作。电池虽然笨重了一些,但现在很多农民都有三轮电动车,运载到田间也较为方便。
  花生采摘器可直接放在地面上使用,也可挂在长板凳一端在家里庭院中使用。农民伯伯都说,有这样一款电动快速花生采摘器,自家种的几亩花生就不愁采收了。
  创新点
  科学性:电动机带动管轮快速转动,管轮上的转刮器刮掉花生。
  新颖性:小型设计,结构精巧,电动代替手工。
  实用性:方便携带,适合丘陵地带田园使用;造价低,众多农民都可购买使用。
  小结
  花生采摘器结构精巧,电驱动装置代替手工操作;小型方便携带,适合丘陵地带田园使用;设计独特,使用轻松省力,工作效率高,是一款适合农民使用的采摘花生工具,具有较高的推广应用价值。
  该项目获得第33届全国青少年科技创新大赛创新成果竞赛项目小学组技术类一等奖。
  专家评语
  应用移植性思维,将稻谷脱粒机原理应用于本项目,有效解决了身边的实际问题,设计思路简捷清楚,模型制作完整,并成功试用。建议从产品商品角度改进花生采摘器的尺寸、外观、材质,增加充电口与充电装置,增加安全防护装置。
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